Contents
COVER STORY
p 26
2019 DECEMBER
600
01 生醫獎 p 28
基礎篇
從腎臟細胞發現呼吸奧秘 －許惇偉
p 31
進階篇
破解細胞感測氧氣與缺氧調節之謎 －賴銘志
02 物理獎 p 34
宇宙學－蔣龍毅
p 36
系外行星－辜品高
03 化學獎 p 38
改變電器使用生態的鋰離子電池 －顏宏儒
04 經濟獎 p 42
微觀田野實驗對抗全球貧窮 －莊奕琦
SCIENCE MONTHLY Vol.50 No. 12
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Contents-2
填問卷．拿新書
News Focus
只 要 於 2019 年 12 月 31 日 前 完
4 特殊感應裝置讓你下車不再粗心／數學能力男孩女孩一樣好
整回答讀者問卷調查內容請至
5 印度可望於 2023 年展開金星探測之旅！
bit.ly/344Bio2 填寫，或掃描 QR code，就有機會獲得臉譜
思辨之評
6 學界未盡的公共社會責任？從學術文章的付費巨牆談起／甘偵蓉 《科學月刊》五十周年紀念專輯
8 引言：從 0 到 50 從 50 到∞ 10 從事科學教育半世紀以來的省思—為《科學月刊》五十周年而寫／劉源俊 14 《科學月刊》—墨香紙蘊半世紀／李依庭 20 轉動， 科學教育的齒輪—《科學月刊》與我／曾耀寰
出版的新書《數學，為什麼是現 在這樣子？：一門不教公式，只 講故事的數學課》。數量有限， 敬請把握！獲獎名單將於 2020 年 1 月 5 日前公布在科學月刊官 網上。資料煩請詳實填寫，以便 贈書寄送。
22 傳授、傳播，然後傳承 24 傳遞知識、品味使然—一本科學刊物的使命／林翰佐 專 欄
46 數不勝數：破解公鑰密碼學—死胡同變活巷弄／沈淵源 50 物換星移：夜空中的守望者—望遠鏡如何保衛地球？／林彥興 54 生生不息：汪洋中的一曲奏鳴—大翅鯨之歌／余欣怡 58 潛移默化：一濺你就哭—那些「催人熱淚」的化學物質／蘇順發 62 前瞻未來：地牛翻身也不怕— 大橋抗震新標竿／周中哲、汪家銘、黃漠見 精選文章
66 中國生理學之父林可勝於生理學的研究成就／潘震澤 追憶年華
70 核磁共振的前世今生與未來／周三和 陶冶生活
74 不間斷的研究能量！日本福井盜龍重見天日／蔡政修 Live 科學
76 讓輪胎持續轉動—循環科技／謝育哲 書 摘
78 《數學，為什麼是現在這樣子？：一門不教公式，只講故事的數學課》
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科學月刊 2019.12
bit.ly/344Bio2
臺北市科學出版事業基金會
走進編輯室
董事長：劉源俊 董 事：王文竹 周成功 林基興 邱韻如 郝玲妮 高涌泉 曾耀寰 羅時成 秘 書：李金穗 出版者：科學月刊社
這是你我的雜誌 每當在工作或生活上遇到不認識《科學月刊》的朋友時，通常介紹的第一句話大 多是「這是 1970 年，由一群留美的臺灣學生所發起的刊物，希望透過科學傳遞知 識、啟迪社會。」留學生一詞，在現今看來或許用不足奇，不過，在當年崇洋留
理事會 理事長：曾耀寰
學風氣正盛的社會裡，對於所謂「旅美學人」、「留學生」，總帶有一股敬畏之心。
理 事：曲建仲 邱韻如 林翰佐 紀延平 張敏娟 程一駿 蔡孟利 蔡政修
而這股敬畏心理，不是創辦《科學月刊》的初衷，更不希望《科學月刊》淪為所 謂「旅美學人」辦的雜誌。因為，在他們心中，有的只是將國外的科學發展透過
執行總監：趙軒翎
文字、傳遞知識給讀者的小小願望，沒有任何優越、高明，更不希望這本刊物， 淪為自說自話的象牙塔。直到現在，我們仍秉持這個信念，持續往「讓，生活即
編輯部 總編輯：林翰佐 副總編輯：趙軒翎 蔡政修
是科學」的目標前進。
編輯委員：王文竹 王伯昌 曲建仲 江建勳 李武炎 李志昌 李精益 林秀玉 林宮玄 黃正球 黃相輔 周鑑恆 邱韻如 金升光 金必耀 門立中 紀延平 范賢娟 倪簡白 高啟明 高憲章
「這是你的雜誌，不是我們的雜誌。不要被動地等待我們出什麼文章，便讀什麼 文章。積極主動地把你的看法，你的要求，你的困惑寫出來，讓我們這個社會共 有這份刊物罷！」這是節錄《科學月刊》創刊號〈這是你的雜誌〉文末的一段話， 是當年創辦《科學月刊》前輩們，對臺灣讀者的期待。
張大釗 張敏娟 陳妙嫻 陳彥榮 陳鎮東 景鴻鑫 曾耀寰 程一駿 程樹德 單維彰 楊正澤 葉李華 廖達珊 管永恕 劉宗平 鄭宇君 鄭運鴻 蔡兆陽 蔡孟利 蔡振家 蘇逸平 韓德生 嚴如玉 嚴宏洋 編輯顧問：王明蘅 古宏海 朱麗麗 吳明進 吳家誠 周延鑫 周榮泉 洪萬生 洪裕宏
「選擇自己想要的，而不是被動的等待、接受」，相較於知識匱乏的 1970 年代， 在這個資訊不值錢的的今日更顯重要。如同近期香港的「反對《逃犯條例》修訂草 案運動（Anti-Extradition Law Amendment Bill Movement）」，天天瀏覽著電視、網 路平台播送大量的報導和影像，要如何從中明辨是非，才能在有心人的操弄中抽絲 剝繭，找出真相。儘管平面媒體的影響力已今非昔比，但回首《科學月刊》這一路 走來，慶幸的是，我們在追求知識的同時，仍不忘科學事實至上的自由價值。
胡進錕 陳文屏 陳章波 陳國成 曾惠中 孫維新 張 復 張勝祺 楊玉齡 劉仲康 駱尚廉 魏耀揮 蘇益仁 蘇振隆 主 編：李依庭 編 輯：郭家銘 謝育哲
今（2019）年，諾貝爾和平獎得主阿邁德（Abiy Ahmed）在面對衣索比亞與鄰國 厄利垂亞的邊界衝突時曾說，希望透過領土轉移，讓這些糾紛能在此世代結束。 最後，期望這世界上的人們，也能如阿邁德一樣，為地球上每一個角落的和平而 努力，讓充滿暴力與醜陋的流血事件不再發生。
美術編輯：黃琳琇 業務部 經 理：李金穗
主編 李依庭
業務助理：廖本翔
創刊於 1970 年
科學月刊社
製版印刷：赫偉有限公司
本期為第五十卷第十二期 第 600 期 發行於 2019 年 12 月
地址：10646 臺北市大安區羅斯福路三段 77 號 7 樓
總經銷 : 聯華書報社
中華郵政北台字第 0677 號執照登記為雜誌類交寄
電話：(02)2363-4910 傳真：(02)2363-5999
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SCIENCE MONTHLY Vol.50 No. 12
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NEWS FOCUS
特殊感應裝置讓你下車不再粗心 翻開新聞版面，偶爾會看到粗心的父母離
此外，該裝置搭配省電電池，只需利用車
開車輛時，忘記將後座的孩童一起帶下
輛的電池即可充電。偵測系統部分，雷達
車；或是匆忙的飼主趕著下車，卻忘了後
不同於傳統攝影機的監控系統，不會發生
座的毛小孩。上述的例子屢見不鮮，而當
侵犯隱私的問題，同時雷達信號的穿透力
車輛關閉後，內部的空間在太陽照射下溫
強，可輕易穿過座椅進而偵測後座與後車
度驟升，被遺留於車上的小孩或寵物，輕
箱等位置的乘客與物件。在準確度方面，
則熱衰竭或中暑，重則可能致命。
團隊利用小型貨車進行實驗後的成功率可
為了解決這個問題，加拿大滑鐵盧大學
達 100％。
（University
目前已有汽車零件製造大廠與研究團隊
of Waterloo）研究團隊，開
合作，此裝置最快將於明（2020）年投入
發出全新的車內感測裝置，藉由內建的雷 達與 AI 系統，提醒準備下車的駕駛是否
市場。目前，研究團隊也正以此研究為基
有遺忘在車內的孩童或寵物。 此感測裝置直徑大小僅三公分，可以裝配 於車內的後照鏡或天花板位置，並發出雷
礎，期望能藉由細微呼吸監測駕駛員是否 （Pexels）
達信號，透過反射車內的人、動物或物
為生物體或其他物件。當車輛熄火、駕駛
體，內建的 AI 系統會分析且確認各個乘
準備下車時，如果車內其他座位上有人或
客於車內的位置。另外，裝置也能藉由偵
動物，此時裝置會發出聲響警告駕駛、其
測生物細微的呼吸動作，判斷該目標是否
他乘客甚至是車輛周遭的行人等。
出現疲勞、分心或突發疾病等情況，提升 車內人員的安全。
Mostafa Alizadeh, Hajar Abedi and George Shaker, Low-cost low-power in-vehicle occupant detection with mm-wave FMCW radar, arXiv, 2019.
數學能力男孩女孩一樣好 長期以來社會的刻板印象中，總認為男性的數理能力較女性佳，而女性則在語言及 文字等相關領域優於男性。不過，能支持此觀念的證據並不多，尤其過去關於男女 之間數理能力的實驗往往無法跳脫兩性生理差異、社會文化的影響條件。因此， 為了調查數學能力與性別之間的關聯，美國卡內基梅隆大學（Carnegie Mellon University）的研究團隊，透過測試兒童的數理能力，發現其實兩性的差異並不大。 團隊找來年齡介於 3~10 歲的孩童進行實驗。過程中，研究人員讓孩童觀看初階 的數學主題教學影片，內容包括計數及基本的加法觀念，再利用功能性磁振造影 （functional
magnetic resonance imaging, fMRI）比較男女之間的大腦影像差
異。經過數據分析後，發現男孩與女孩的大腦在神經功能上沒有顯著差異，而兩 性在數學能力的發展過程中，也都是使用相同的神經系統。另外，研究人員也將 同樣的影片給成人觀看，藉此掃描檢測大腦的成熟度，結果顯示兩性之間也並無 明顯不同。 研究人員坎頓（Jessica
Cantlon）認為，社會普遍根深蒂固的觀念決定了兩性對於
學習數理領域的選擇，同時家庭及學校也通常給予男性較多的數理學習資源及期 待，導致女性在學習歷程中傾向選擇其它領域。但本次的研究卻指出男女間的數理 能力不分軒輊，也打破人們長久以來的刻板印象。後續研究團隊將以更多數理相關 能力，如空間概念與記憶能力等持續研究，並計畫長期追蹤孩童的數理學習狀況。
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科學月刊 2019.12
（Pexels）
Alyssa J. Kersey, Kelsey D. Csumitta and Jessica F. Cantlon, Gender similarities in the brain during mathematics development, npj Science of Learning volume, 2019.
NEWS FOCUS
印度可望於 2023 年 展開金星探測之旅！ 今（2019）年 9 月甫傳登月失敗的印度，轉眼又要開啟新的計劃？而這 次他們想要嘗試的星球，是距離地球也很近的「金星」。 儘管金星與地球比鄰，但令人驚訝的是，人類自 2000 年以來僅對這顆
謎樣星球執行過兩次任務。2006 年，歐洲太空總署（Agence spatiale européenne）的金星特快車（Venus Express）將這顆星球納入探測任務 中，並持續關注至 2014 年；隔年，日本的破曉號（あかつき）也成功進入 金星軌道並開始探查工作。時間拉回到現在，近期印度似乎對這個地球的 鄰居相當感興趣，如果屆時資金到位，最快能在 2023 年執行這項任務。 雖說今年月船二號（Chandrayaan-2）的登月任務鎩羽而歸，但印度似乎並 未受挫，反而維持著探索太空的野心。前些日子，印度太空研究組織（Indian Space Research Organisation, ISRO）的科學家與工程師，重新推出了探測金 星的想法。根據 space.com 報導，今年 11 月初，該團隊與一群金星專家於美 國召開會議，ISRO 科學家夏吉（Nigar Shaji）解釋，此次任務預計攜帶 12 種科 學儀器前往，而這些儀器的同行也能協助他們繪製金星表面與地底的樣貌。 為何要做這樣的「地底測繪」呢？法國科學新聞網 Futura 報導指出，由於金星上 頭可能有許多火山，透過測繪便能找到與火山活動有關的熱點。再者，科學家認 為這些火山在金星上仍相當活躍，也許透過火山表現，能對金星有進一步的了解。 除了與地表及地底有關的資訊，該團隊也將對金星的大氣層及電離層進行研究，包 括雲層監控與大氣層發射出的神秘光芒，如此便能探討金星本身與周遭封閉環境的 交互作用。 接下來，如果任務順利受批准，印度就能在 2023 年以 100 公斤的酬載量進行這項計 畫，幾乎與美國及歐洲的任務酬載量相當。得益於美國、歐洲和俄羅斯的技術轉讓與 國際合作計畫，印度可望在太空探索方面取得進展。法國大氣環境與空間觀測實驗室 （Laboratoire
atmosphères, milieux, observations spatiales, LAMOS）的金星專家馬可 （Emmanuel Marcq）於《費加洛報》（Le Figaro）專欄發表見解時，也意識到該技術相 當成熟：與 2014 年印度的火星軌道探測器「曼加里安（Mangalyaan）」不同，金星軌道 探測計畫不只是一種技術展示，更蘊含著許多科學方法！
Rémy Decourt, L’Inde veut aller explorer Vénus en 2023, Futura, 2019.
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科學月刊五十周年紀念
從 0 到 50 從 50 到 ∞ 創辦《科學月刊》， 知識傳遞、民智啟發，是起點，也是初衷。 期許《科學月刊》， 走過五十，通往下一個五十，並邁向永恆。
1970 年 ( 民國 59 年 )《科學月刊》國內工作通報第一期，由創辦人李怡嚴撰寫。
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科學月刊 2019.12
臺灣歷史最悠久的科普雜誌
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科學月刊五十周年紀念
從事科學教育 半世紀以來的省思─ 為《科學月刊》五十周年而寫 我有幸參與《科學月刊》的創刊，陪著它
並且要 啟 發民智，培養科學態度，為健
存活、成長，迄今已過半個世紀。於這
全的理想社會奠定基礎。」換言之，《科
段期間，我在校內、外從事科學教育未
學月刊》不只要傳播科學知識，也要「培
曾間斷，也教出一些優秀學生，但是有
養科學態度」。
三大問題卻一直縈繞在腦際。第一，什 麼是科學，又什麼是科學教育的真諦？
然而，不可諱言的是，作為一本雜誌，
第二，十六、七世紀之後中國的科學發
能做到的主要是傳播科學知識。若說要
展為何落後於西方？第三，這五十年來
在傳播科學知識的同時也培養科學態度，
臺灣雖然在科學的技術應用面多已迎頭
就需要高明的手法，一般不容易做到。
趕上西方，為何在學術發明面成效不彰？
而要培養科學態度，牽涉兩個層面，首 先需弄清楚科學精神與態度到底是什麼，
關於第一個問題，科學教育的真諦。創辦
其次需要將科學精神與態度融入在自己
人林孝信於〈寫在第零期出版前〉（1969
的文化之中。
年 9 月 ） 文 中 寫：「 …… 所 以， 我 們 要 劉源俊
東吳大學
物理學系名譽教授、 臺北市科學出版事 業基金會董事長。
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科學月刊 2019.12
辦一份科學月刊，不僅要作為學生們的
我在不斷思索、教學相長的過程中，越
良好課外讀物，也要成為一項有效的社
來越明白，有許多觀念需要釐清，許多
會公器；不但要普及科學，介紹新知，
誤解需要破除。首先，所謂「現代科學
臺灣歷史最悠久的科普雜誌
1968 年春，《科學月刊》發起人林孝信與曹亮吉在攝於芝加哥大學。 （科學月刊社）
（modern science）」 ── 包 括
來說，科學家秉求
即物求理之學、利用厚生之學與
是、求美和求善的
經世致用之學，乃十六、七世紀
精神，持務實、明
發展出來的「驗實明理之學」，
理和利用的態度。
1974 年 4 月，筆者攝於臺北市八德路科學月刊社，時任總編輯。 （劉源俊提供）
是學問的一大支（允為影響最為 深遠的一支）。任何學問其實都
科學家的目標是「求是」，而非
理論又付諸新應用（包括預測）；
屬「人文」──是人類思想的建
「求真」；科學家講究的是誠實、
如此周而復始，科學於是不斷發
構，所謂科學與人文相對立的說
嚴謹、冷靜、開明、謙虛、不固
展。美國物理學家孔恩（Thomas
法當屬無稽之談。
執成見和與人溝通等，而非「客
Kuhn）的「科學革命」說（一個
觀」；科學家的態度是「好索問」，
典範取代另一個）膾炙人口。但愛
其次，現象是人的發現，理論是
希冀從複雜現象理出「正規」，
因斯坦（Albert Einstein）的說法
人的發明。科學家與常人不同處，
而非「好奇」。關於以上，一般
不同，他在與英費爾德（Leopold
在於有「四重心」：好問探索心、
人常有誤解。
Infeld）合著的《物理學的演進》 （The Evolution of Physics） 一
實事求是心（把事情弄清楚，然 後求得一套說得通而可信驗的道
復次，任何一門科學總包括三部
書中寫道：「創造一新理論並不
理）、求美求善心（執簡馭繁、統
曲：一、以概念歸納、描述現象；
是像毀去舊穀倉後就地建造一高
貫旁通、日新又新、擇優去劣）
二、從現象生出理論；三、將理
樓。是像登山，見得更新更廣，
與分工合作心（成立學會互相切
論付諸應用。應用的回饋於是產
而發現原先出發點與其豐饒環境
磋， 發 表 論 文互相評論）。總的
生新現象，新現象復生出新理論，
間意想不到的關聯。出發點仍然
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科學月刊五十周年紀念
科月五十 之 承先啟後
傳授、傳播，然後傳承 儘管一路經歷風風雨雨，如今，已走過五十年歲月的《科學月刊》，對於那些曾經參 與或讀過《科學月刊》長大的人們眼裡，它，是一個什麼模樣的存在？伴隨著他們的 成長中又帶有哪些影響？
（內文依照姓名筆劃排列）
『創新思維』，由體驗生活開始，從體驗中發現問題，學會定義、解 決問題，透過組織跨領域團隊，打破傳統，創造全新思維。不用在別 人替你定義好的地方去解題，勇敢追夢，走出屬於自己的全新道路。 祝賀《科學月刊》五十周年，讓我們一起在「理想、啟蒙、 奉獻」的道路上，持續堅持與努力。 －杜奕瑾（臺灣 AI 實驗室創辦人）
非常有榮幸見證《科學月刊》五十週年，在這個時代，一個文字媒體能夠堅持理想扎根五十年是相當不 容易的事。尤其科學的發展極其快速，而教育又是百年樹人的大業，科月成功扮演連結的載體，集結當 代研究前沿的科學家，點燃年輕學子學習科學的熱情，為臺灣半世紀的科學教育，留下深刻的紀錄！ 特別是《科學月刊》的創辦，始於本土科學家對社會需要的關懷，展現當代知識份子的使命感，是臺灣 重要體制外科學教育的觀察指標。五十年來，為臺灣奠基豐厚的科學養分，翻閱過往刊物，感受到知識 外的人文力更加令人動容。 隨著科技的進步，讀者對於知識載體期待的改變，《科學月刊》亦積極透過跨界合作展現不同的樣貌， 不變的是對於科學教育的用心與堅持。身為科月的合作夥伴，在此獻上最深的敬意與祝福， 敬祝《科學月刊》五十大壽快樂！ －何佩玲（「科普一傳十」共同創辦人暨執行長）
《科學月刊》走過半個世紀了，出版了 600 期。數字可以兜得起來，表示每一期都沒有漏掉，這是了 不起的成就。我雖參與不深，但知道這一路走來克服了缺人、缺稿、缺錢的困境。 我從大學起就讀《科學月刊》，大四時修習了書報討論，學到了當時不確定性質的「類星體」，當時 就寫了稿子，討論不同的論點，現在懂得比較多了，仍然懷念「留下學習記錄」的樂趣。現在當老師， 偶爾也寫寫自以為懂得東西，過程中常會有疑點需要釐清，然後想如何表達清楚，依然樂趣十足。 如今多元媒體當道，動畫取代了紙張，連彩色平面都難吸引人。《科學月刊》仍在洪流中載浮載沉， 靠的是一群懷抱理想的科學普及工作者，還有仍願意說理的作者。我向你們致意，祈願夢想持續。 －陳文屏（中央大學天文研究所教授）
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科學月刊 2019.12
臺灣歷史最悠久的科普雜誌
收到主編李依庭來信，邀請我為「科月 50」寫一段話，我有些猶豫。如果是媒體同業，熱熱鬧鬧給予 祝福，很好寫，偏偏我又知道不少事情。 25 年前，理事會某位先進曾說過：「《科學月刊》是一個重病的老人，你不要去動他，一動他，會死 得更快。」如今科月又活了 25 年，真的沒有人動他嗎？要董事會、理事會做出重大決策、改變，非常 不容易；但總會有人嘗試、衝撞，特別是社內實際執行編務的年輕人。 我也曾經是那些人之一，完成了第 316~345 期。那是我做科普雜誌最扎實的磨練，也開啟了更多機緣。 《科學月刊》第零期對讀者說：「在 0 與∞之間，到底我們能走多遠……」是直線的概念，年輕編輯來 來去去，有人單點交會、有人走雙曲線路徑，不會記入社史。科學編輯是科普傳播重要一員， 科月意外滋養了我（們）。 －張孟媛（《科學人》雜誌副總編輯、曾任《科學月刊》主編）
《科學月刊》，想想是高中時期的夢幻讀物。
我這個文學院畢業的人「濫竽充數」地當上《科
多年後，因緣際會在蔡孟利學長引介下，擔任
學月刊》的主編算是個意外；但是在我身上剛
了約莫兩年的副總編，面對此重任，始終戰戰
好可以看到科普的重要。因為我念的是心智哲
兢兢。
學，免不了碰到計算理論、認知心理學、腦神
從事海洋資源與管理的行政及研究工作，對於
經科學和人工智慧……等等，當時讀相關論文
基礎科學與新興科技，覺得有點遙遠。跟著前
時還真吃力，要是有好的科普文章和書籍讓我
輩的腳步，溫習舊夢，也跟著時代潮流，推著
惡補一下就好了。
科月轉型，包括親自參與第一期彩色雜誌。隨
《科學月刊》的存在就是要幫助我這種缺乏足
著保育聲浪及對於海洋的使命感，促成藻礁等
夠科學知識的人，有機會以比較容易理解的方
海洋特輯，為臺灣海洋環境留下一段紀錄。
式得到科學知識和培養科學精神。往後在推廣
科月的轉型可以從總編一代一代接棒的過程中
科普閱讀時，我都會對聽眾說：我是文學院畢
窺得，記得 2016 年蔡孟利學長安排的《科學美
業的，我都能看懂，你們不用怕。
國人》（Scientific American ）總編輯的專訪。
要不是《科學月刊》讓我有機會進入科學傳播
《科學美國人》的主要讀者，並非學界，而是
這一行，我是不可能參與後來的《國家地理》
企業主。後來便慢慢體悟，作為管理者，許多
雜誌和《科學人》雜誌創刊工作的。正如國家
科學理論或環境變遷，往往是牽動世界發展，
地理的理念：我們相信以科學、探索和說故事
乃至政府部門管理的核心。諸如氣候變遷、海
的力量來改變世界。
洋酸化和海洋廢棄物衝擊等，都需要科學解方。
科學沒有終結，科普的工作就不會停止，只是
CEO 唯有掌握此先機，才能洞燭先機，掌握契
傳播的媒介和形式會不斷改變。祝願《科學月
機，期待科月的轉型及全面推廣，能更貼近世
刊》未來繼續培養年輕的科普人，並持續在華
界，為公私部門帶來更多社會影響。
文科普界發揮其影響力！
－黃向文（海洋委員會海洋保育署署長、
曾任《科學月刊》副總編）
－蔡耀明（《國家地理》雜誌營運長、 曾任《科學月刊》主編）
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COVER STORY
2019 諾 貝爾獎 特 別報導 看一年一度的諾貝爾獎， 表彰「在各自科學領域做出最重要發現或發明的人」。
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科學月刊 2019.12
那我們開始吧！
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Nobel Prize 2019 諾貝爾生醫獎 基礎篇
從腎臟細胞發現 呼吸奧秘
（Shutterstock）
許惇偉 牛津大學生物化學博士，專長為表觀遺
Take Home Message
傳學、分子生物化學。曾任職牛津大學，
空氣很稀薄，細胞如何不寂寞？透過雷克里夫醫生研
目前任教於高雄師範大學生物科技系。
究的心歷路程，看細胞如何活用氧氣、適應缺氧環境。
雷克里夫（Sir Peter J. Ratcliffe, 1954~） 國籍｜英國 任職單位｜牛津大學、法蘭西斯克里克研究中心（Francis Crick Institute） 研究領域｜分子生物學、細胞學 （by Casa Rosada (Argentina Presidency of the Nation), CC BY 2.5 ar, Wikimedia）
塞門薩（Gregg L. Semenza, 1956~） 國籍｜美國 任職單位｜約翰霍普金斯大學、 細胞工程研究所（Institute for Cell Engineering） 研究領域｜遺傳醫學、腫瘤學 （Johns Hopkins Medicine）
凱林（William G. Kaelin Jr, 1957~） 國籍｜美國 任職單位｜哈佛大學、霍華德休斯醫學研究所（Howard Hughes Medical Institute）、 布萊根婦女醫院（Brigham and Women’ s Hospital）、達納法伯癌症研究所 （Dana-Farber Cancer Institute） 研究領域｜癌症生物學、分子生物學 （Steve Marsel Studio Dr. Kaelin’ s lab is at Dana-Farber）
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科學月刊 2019.12
2019 諾貝爾生醫獎
No be l Pr i ze s i n ph y s iol o g y o r m e d ici ne
01
1978 年，甫自劍橋大學（University
因，因此推斷可能在哺乳類的所有
雷克里夫隨後證實不只在哺乳類，連
of Cambridge ） 畢 業 的 雷 克 里 夫
細胞中都有一套用以應對低氧狀況
果蠅、線蟲中都有相似的直系同源基
醫 師 到 了 牛 津 大 學（University of
的相似遺傳機制。
因（orthologous gene），這代表缺
Oxford）附設醫院，選擇腎臟專科，
氧誘導的分子機制，是動物中普遍存
並在臨床工作之餘，也積極接觸基
1992 年夏末，雷克里夫將這個引以
在的機制，有演化上重要的地位。旋
礎醫學研究。在腎臟的功能研究上，
為傲的發現投稿至頂尖的科學期刊
即，雷克里夫又率先把這機制引領到
雷克里夫對於部分腎藏細胞能感應
Nature，卻隔了好一陣子才接到編
另一個重要的醫學領域──惡性腫瘤
血液含氧量降低，進而分泌紅血球
輯姍姍來遲的回信，說明因該期刊
的癌症研究。
生成素（erythropoietin, EPO）的
篇幅有限，在綜合兩位匿名審稿人
現象特別有興趣。紅血球生成素當
的意見後，決定拒絕刊登他上述的
缺氧的惡性腫瘤
時已知是由胎兒的肝臟細胞或成體
成果。儘管雷克里夫難掩失望，但
當惡性腫瘤長到一定大小時，為了
腎臟細胞所分泌，可以刺激紅血球
他知道，這篇關於「多種人類與小
克服腫瘤內部細胞需要大量氧氣與
增生，以運送更多氧氣，克服低氧
鼠細胞株可利用相同的分子遺傳機
養分以持續成長的需求，腫瘤會分
（1％ O2）對哺乳類的影響。
制去反應低氧環境」的論文，已領
泌特別的蛋白質，去誘導新血管往
先同行對手塞門薩，而且將人們對
腫瘤處增生，因此了解惡性腫瘤如
為了更加了解負責製造 EPO 的基因
於細胞如何感受氧氣的研究從腎臟
何開啟誘導血管增生蛋白的相關基
為什麼於低氧時會專一在腎臟細胞表
細胞帶入所有細胞的全新局面。也
因，是 1990 年代熱門的科學課題。
現，雷克里夫於 1989 年在牛津成立
就是說，低氧反應可能是哺乳類各
自己的研究室後，便開始以分子生物
種細胞都會有的反應，是生物現象
1996 年 開 始 雷 克 里 夫 團 隊 陸 續 證
學 工 具 研 究 EPO 基 因。1991 年，
的重要核心問題。幾十年後，雷克
明，惡性腫瘤開始增大後，便是透
他與美國科學家塞門薩幾乎在同一時
里夫回憶起此發現，仍認為這是他
過 HIF 啟 動一系列新血管增生基因
間發現，EPO 基因末端的一小段約
學術生涯上最重要的突破。
去誘導新生血管進入腫瘤，使腫瘤
70 鹼基對（base pair, bp）的 DNA
持續成長、惡化。隨後也發現，不
序列，是低氧時控制 EPO 基因表現
接下來解開該機制的關鍵，就在於了
少癌症也有 HIF 表現量過高問題，
的關鍵。這段特殊序列具有典型基因
解低氧時究竟是由哪些蛋白、透過
如果能徹底明暸 HIF 的分子機制，
增 強 子（enhancer） 的 功 能， 可 用
什麼方式與這段 HRE 增強子結合，
會是克服某些癌症的曙光。
以增強其鄰近基因表現，這段序列後
進而強化相關基因的表現。可惜在數
來被命名為低氧反應單元（hypoxia
年努力後，這次由塞門薩先馳得點，
HIF 機制另一重要蛋白
response element, HRE）。
1995 年率先分離出哺乳類的兩個主
pVHL 的發現
要低氧誘導因子（hypoxia induced
長久以來以雷克里夫與塞門薩為主
當時，臨床經驗豐富的雷克里夫曾
factors, HIF），證實 HIF1α 與 HIF1β
的研究團隊知道，常氧（20 ％ O2）
注意到，某些腎臟失能的患者依然
這兩蛋白在低氧時於細胞核中會與
狀態下正常細胞的 HIFα 蛋白在被製
可以因為低氧而誘發 EPO 表現，這
HRE 結 合， 並 牽 引 轉 錄 活 化 蛋 白
造後會坐落於細胞質，並快速降解；
隱約透露成人個體中被低氧誘發的
（transcriptional activators），去
一旦環境轉到低氧，HIFα 便停止降
基因可能不侷限於腎臟細胞。他接
共同活化相關反應所需的基因，腎
解，進而移入細胞核以啟動相關基
著發現，不論是人類或小鼠細胞中，
臟細胞中的 EPO 基因便是因此方式
因。 但 HIFα 蛋 白 在 常 氧 環 境 為 何
該 特 殊 增 強 子 DNA 片 段（HRE）
而活化的典型例子，此後牽涉到細
會降解？常氧環境下的氧氣又如何
都能在低氧時誘發鄰近基因表現，
胞低氧反應機制，便統稱 HIF 反應
調控 HIF 降解？是 HIF 研究接下來
不會只侷限於腎臟細胞中的 EPO 基
途徑。
的兩個關鍵謎團，這時的臨門一腳，
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Nobel Prize 2019 諾貝爾經濟學獎
微觀田野實驗對抗 全球貧窮 （Shutterstock）
莊奕琦 美國芝加哥大學經濟學博士，現為 政大經濟學系教授；研究專長為經 濟成長、人力資本和國際貿易。
Take Home Message 人類社會中，每個人都討厭窮，都努力往富有的目標邁進，為 此，經濟學家也努力研究此問題，期望讓世界能脫離貧困。如 何對抗貧困，政策討論、制度調整或社會改變，或許將會是此 問題的解方？
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科學月刊 2019.12
2019 諾貝爾經濟學獎
No be l Pr i ze s i n Eco no m ics
04
巴納吉 （Abhijit Vinayak Banerjee, 1961~） 國籍｜美國 現任｜麻省理工學院發展經濟學教授 研究領域｜發展經濟學
杜芙洛（Esther Duflo, 1972~） 國籍｜法國、美國 現任｜麻省理工學院發展經濟學教授 （Bryce Vickmark, Massachusetts Institute of Technology）
研究領域｜發展經濟學
克雷莫（Michael Robert Kremer, 1964~） 國籍｜美國 現任｜哈佛大學經濟學教授 （Photo by Jon Chase/Harvard University）
研究領域｜發展經濟學
經濟發展追求成長固然重要，但消
growth theory），解釋長期經濟得
與杜芙若（ Esther Duflo ），以及
除貧窮與所得不均更是維持永續與
以成長的內生技術進步機制而得獎。
美 國 哈 佛 大 學 的 克 雷 莫（ Michael
Kremer），表彰他們在發展經濟學
穩定成長的要件之一。2018 年，諾 貝爾經濟學兩位得主之一、任職於
而今（2019）年，諾貝爾經濟學獎
（development economics）上實證
紐約大學的羅莫（Paul Romer）因
則頒給美國麻省理工學院一對夫妻
方法的突破，並從政策評估研究中
提出了內生成長理論（endogenous
檔 ── 巴 納 吉（Abhijit Banerjee）
探討如何讓政策更具有效力，提出
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專欄文章
？ 破解公鑰密碼學─ 死胡同變活巷弄 Take Home Message 過往加密技術多應用於軍事上，希 望既能下達命令、提供情報又能不 讓敵人知道，所以將內容加密，使 敵 人 縱 使 取 得 也 難 以 破 解。1980
沈淵源 燕巢、路竹、南一、東海、 馬利蘭數學博士；曾任教美 國 天 主 教 大 學 助 理、 副 教 授，現為東海數學系教授。
傳統密碼信息的安全性，完全掌控在加密鑰匙的秘密性。所以超越 傳統的關鍵就在信息的安全性必須獨立於鑰匙的秘密性，且必須打 破加密鑰匙與解密鑰匙的對稱性。
尋幽探勝是狄費 在公鑰密碼學上，最關鍵的人物是狄費（Whitfield Diffie）。當
年代，公鑰密碼學的誕生，成為研
年，狄費所思考的問題主要有二，一個是鑰匙的發送問題。未曾謀
究加密資訊和破譯密碼一大重要發
面的二人想密通信息，必定事先同意使用鑰匙，且別無他人知道。
現。而公鑰密碼學究竟是什麼？它
另一個是簽名問題，聰明的你，是否能獻策，提供給純數位信息的
又解決了什麼難題？
接收者，透過某種管道讓他足以向別人證明所收到的信息確實來自 某人，如同此人親自在信息中簽上大名一般？
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科學月刊 2019.12
數不勝數
這兩問題看起來就像是不可能的任務。在第一種情況，
略。若以密碼學的角度重述故事，就變成：A 用鎖加密
若未曾謀面的兩個人既然有辦法互通其秘密鑰匙，那為
訊息給 B，B 用另一道鎖再加密一次，然後送回給 A。
什麼沒有辦法秘密地彼此互通信息呢？而第二種情況也
A 收到這雙重加密後的訊息時，先解開自己的加密，再
不會更好。為求有效，簽名必須是難以複製。然而，如
送回去給 B。B 收到後解開自己的加密，即可閱讀 A 原
何在一個可複製的跟原版完全一樣的數位信息當中簽上
先送的訊息了。
名呢？ 看來，鑰匙發送問題已經解決了，因為雙重加密不需要
傻勁執著真智慧
交換鑰匙。然而，故事歸故事，在實作上，果真如此？
鑰匙發送問題，狄費早先論述為「不可能的任務」；但
在有些情況下次序是重要的，必須遵守「後上，先下」
問題是鑰匙發送這個動作，真的無法省下來嗎？ 2000
的格言，即鞋襪原理。
年來被視為密碼學的公理，一個無需爭議的真理。可 是，狄費、黑爾曼（Martin Hellman）和默克（Ralph
Merkle）想到一個有趣的小故事，似乎打破此公理。 假設 A 送秘密訊息給 B，A 把訊息放進鐵盒，蓋起來加 上鎖；再透過郵局寄給 B，鑰匙由 A 保管；B 收到後當 然無法打開，因為沒有鑰匙。若如法炮製將鑰匙放進另 一鐵盒，再透過郵局寄出；但問題依舊，因為沒有另一 鐵盒的鑰匙，B 就拿不到第一個鐵盒的鑰匙。要解決這 個問題的唯一辦法似乎是：A 約 B 喝咖啡時將鑰匙交給 他。如此一來，實際上只是換個腳本重述那老掉牙的問 題而已；難怪狄費長久以來把這個問題列為「不可能的 任務」，因為問題就出在這把鑰匙的死胡同上。
鑰匙交換狄黑默 儘管上面的方法無法實際應用在密碼術上，但狄費跟黑 爾曼依舊能從其中汲取靈感，尋找可行的方法來規避鑰 匙發送問題。他們研究著重在檢驗各類數學函數，並將 焦點放在所謂的單向函數（one-way function，〔註一〕） 上。所謂單向函數，就像將黃色顏料和藍色顏料調和成 綠色顏料、把蛋敲破等無法恢復原狀的原理。
所以，模算術（modular arithmetic）也理所當然成為 他們研究的白老鼠。先觀察模 11 下（mod 11）〔註二〕
2x：在自然數中，2x 隨著 x 急速增長；因此從函數值反 求 x 值，易如反掌。如函數值 65536，讀者可能會猜
要解決此死胡同，唯一的方法是轉移焦點，徹底忘掉那
x=15，但結果得 32768。雖然猜錯但知道 x 值太小，改
把鑰匙。當焦點被轉移時，讀者或許會問：為什麼 B 不
成大一點的數，如 16，就得到正確答案了。即使猜錯，
能擁有自己的鑰匙？所以，解決之道為：B 把收到的鐵
還可以得到指引、調整腳步，知道往哪一個方向可以得
盒，不僅不打開，反而加上另一道鎖，再寄回，鑰匙由
到正確的答案。
B 保管。A 收到寄回的鐵盒，有兩道鎖在上面；用鑰匙 解除自己上的鎖，再寄給 B。現在，B 就能毫無困難的
然而模 11 之後，那可能有上有下、飄忽不定。如此一
打開，因為 B 擁有自己鎖上的鑰匙。
來，除了猜測外，可做的還是猜測，得不到任何線索， 也沒有任何指引，也不知如何調整方向。當然，你也可
由此小故事顯示，鑰匙發送的動作，不見得是無法省
以做好下面的表，接下來表一查答案就出來了。
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專欄文章
汪洋中的一曲奏鳴─ 大翅鯨之歌
圖一：2000 年在蘭嶼短暫停留 的 大 翅 鯨， 意 外 的 也 唱 著 歌。 （余欣怡攝影）
Take Home Message
低沉起伏的旋律，一句句組成樂章，像奏鳴曲般依序在
愛唱歌，不只是人類的專利，也是海洋中
溫暖的海域迴盪著，有時透過船身傳入海人耳中，變成
大翅鯨完整生命的樂章之一。引吭高歌下
相互流傳著水手魂的傳說。直到 1960 年代科學家潘恩
的首首樂曲，不僅饒富變化，更為牠們的
（Roger Payne）等人透過水下麥克風的收音，才確認
行為蒙上一層神祕。不禁讓科學家好奇，
這和他平常所拉的大提琴組曲相似的音符，來自於巨大
牠們究竟是為何而唱？
身軀的大翅鯨。這些音符的結構嚴謹卻很神秘，原來， 一隻隻的大翅鯨，是譜著神秘之歌、才華洋溢的作曲家， 顛覆了自捕鯨時代以來對鯨魚的想像。人們意識到海洋 內太空中，仍有尚未了解的高智慧生物，因此，科學家
余欣怡 臺灣大學演化生物學研究所博士
們把大翅鯨之歌收錄在唱片中，隨著「挑戰者號（STS
候選人，喜歡海洋活動，愛吃海
Challenger STA-099∕OV-099）」送往外太空，試圖
鮮，期待成為依海維生的人。
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與浩瀚宇宙間的未知生物溝通。
生生不息
公鯨唱歌吸引母鯨？ 雖然早從 19 世紀的捕鯨記錄中，人們已知大翅鯨年復 一年的南來北往長途跋涉，將一年的韻律按照季節區分 為夏季在寒冷的極區吃飯，冬季在溫暖海水中交配繁殖 的兩大生活圈。在大翅鯨之歌轟動海洋圈後，1980 年 代有更多鯨豚聲學家開始收錄，在夏威夷、百慕達和墨 西哥海域的大翅鯨之歌慢慢拼湊出解碼這些歌曲的線 索。牠們大多在冬天的繁殖季唱歌，而且潛水人員下海
圖二：願你長大時，海中仍有一片屬
拍照觀察，發現快成年體型的單身雄性鯨魚才會唱歌；
於大翅鯨的歌唱擂台。（余欣怡攝影）
甚至在同一個海域，這些「爸爸候選人」們就像是有指 定曲般的唱著同一首歌，而歌曲每年還會有一些變化，
假設就是歌唱者利用雄壯嘹亮的歌聲來尋找盟友，歌聲
新增或改變某些樂句段落，約 5~8 年後整首歌就完全
代表自己的能耐，一方面可能警告周邊還不成氣候的年
煥然一新了。越大隻的成年公鯨能將歌唱的越長，聲音
輕公鯨，另一方面尋找能和自己一樣強的壯漢來形成聯
越大，因此，生物學家們假設單身公鯨魚可能是在唱情
盟，在未來的護衛戰中能有更大勝算。
歌，吸引母鯨的青睞，看是否能由候選人晉身為「準爸 爸」。不過，隨之而來的研究卻發現，不論是透過水下
公鯨唱歌為自己廣告還是相互挑釁？
喇叭回播或歌唱中鯨魚的案例，吸引而來的卻是其他的
從千禧年後，大翅鯨研究者達林（Jim Darling）等人
公鯨。所以，「吸引交配假說」就這樣出局了，但雌性
根據觀察歌唱者雄鯨之間的互動結果，提出雄性之間的
選擇的可能性卻仍保留著。
「競爭交配假說」。某些禽鳥、蛙或鹿等動物也會在繁 殖季節由雄性動物聚在特定的範圍，發出叫聲或唱歌進
公鯨為什麼要唱歌？
行展示競爭（lekking），透過聲音的誠實訊號（honest
隨著對大翅鯨繁殖區錯綜複雜的社會關係了解更多，越
signals），別的個體可以判斷出發聲者的身體素質。例
能推測神秘歌聲的用途，取而代之是「競爭交配假說」
如，大翅鯨歌聲的長度與低音的頻率可反映出體型大
或「形成聯盟假說」。繁殖區中最穩定的關係就是鯨魚
小，公鹿的鳴叫可判斷牠是否仍在精力充沛的巔峰。而
媽媽和去年受孕後於今年新生的寶寶之間，需要全天候
根據海面下的觀察顯示，如果正在歌唱的公鯨體型較
的哺乳及守護寶寶的安全讓牠快速成長才能繼續旅程。
大，則靠近的另外一隻公鯨可能會逕自離開；如果來者
而隨著寶寶逐漸長大，身邊會有伺機而動的爸爸候選人
塊頭更大，則換歌唱鯨默默游走。這在公鯨間彼此先打
開始跟隨，這稱為「護衛鯨」，但卻不是穩固的關係，
量一番，下一步要競爭或合作聯盟搶親的行為，目前人
有時候會被鯨媽媽甩掉，有時候會接著有護衛鯨 1 號、
們還未能判斷，畢竟受限在鯨魚 90％以上的活動都在水
2 號、3 號……甚至到 10 號以上。而這些護衛鯨們通
下，且大翅鯨唱起歌來又是以數小時起跳的耗時事件，
常在母鯨身邊並不唱歌，公鯨間主要以追逐和衝撞來解
光靠潛水人員的目視觀察仍難以解謎。
決。想像一下橄欖球賽中，抱著球的球員就像是媽媽帶 著寶寶，而後面追撞成一團的隊友們則是彼此牽制著，
這幾年新的水下研究設備不斷進步，克勞維克（Danielle
爭取和母鯨魚交配生下一胎（得分）。因此，衍生出的
Cholewiak）透過在墨西哥近海佈放陣列式的長期水下
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精選 文章
中國生理學之父林可勝 於生理學的研究成就 Take Home Message 今（2019）年是中國生理學之父林可勝逝世 50 周年，本 文是應何邦立醫師之邀，為其編纂林可勝紀念文集所作。 關於林可勝的一生，近年來已有過多人為之作傳，其中 大多著重於林於抗戰期間的工作；本文僅從生理學的角
潘震澤
臺大動物系學、碩
士，美國韋恩州立大學生理 系博士，前陽明大學生理學 研究所教授，目前定居美國。
度，來談談他在學術研究上的成就與貢獻。
林可勝是北京（平）協和醫
在四年間，分別取得哲學博士與科學博士兩個最高學位。
學院的第二任生理系主任，
從林可勝發表的論文來看，他早期的研究多元，從濱蟹
也是協和第二位華人系主任
（shore crab）的呼吸機制、腎上腺素對肺循環的影響到
及第一位華人正教授。他於
甲狀腺對蝌蚪組織及兔子骨髓的影響皆有研究。此外，他
1926 年帶頭發起成立中國
還發表過一篇組織染色法的文章，並以此法在貓胃裡發現
生理學會，擔任首任會長；
一種長度只有 4~8 微米（μm）螺旋菌。
並於次（1927）年創辦《中 圖一： 中國生理學之父林可勝。
國生理學雜誌》（Chinese
這是個有趣的發現，因為傳統認定胃裡有強酸分泌，應
Journal of Physiology），
該是無菌的；然而從 19 世紀後葉起，就陸續有人在動物
擔任主編一職。因此，他被後人尊稱為「中國生理學之
及人的胃中發現細菌蹤影，但都無人當真。直到 1980 年
父」，其來有自。
代，才因澳洲病理學家華倫（Robin Warren）與馬歇爾
（Wikimedia）
（Barry Marshall）的研究，不但鑑定出幽門螺旋桿菌
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林可勝是新加坡華僑，從小學到研究所的教育都在英國蘇
（Helicobacter pylori）這種廣泛分布於胃裡的細菌，並
格蘭完成：他畢業於愛丁堡大學醫學院，取得醫學學士與
證實該菌與胃、十二指腸潰瘍的成因有關，而展開抗生
外科學士學位（M.B. Ch.B.）。但他沒有走臨床醫生的康
素治療的新葉。華倫與馬歇爾也因此發現獲頒 2005 年諾
莊大道，而是進入生理系擔任講師，並攻讀博士學位。他
貝爾生醫獎。雖然林的發現比他們早了一甲子以上，只
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精選 文章
不過他沒有繼續這方面的研究，這篇報告也湮沒無聞，
年後，史達靈在系列演講中首度使用激素（hormone）一
不見提及。
詞，來形容由某器官製造、分泌，經血液循環輸送，作用 於其他器官或組織的化學信使，內分泌學也因此正式問世。
林在修讀博士學位期間鑽研最深且成果豐碩的是有關胃黏 膜及胃液分泌控制的研究；1922~1924 年，他一共發表
在胰泌素問世的前八年，已有第一個激素的發現：是由
12 篇論文，當中應用組織學、手術方法學、生理、生化
林可勝的指導教授薛佛（Edward Albert Schafer）與開
及藥理等各學門的研究方法，也為他後來的研究生涯奠定
業醫生奧利佛（George Oliver）從腎上腺中分離出的腎
堅實基礎。
上 腺 素（epinephrine ∕ adrenaline）。1916 年， 薛 佛 將系列演講稿匯集成《內分泌器官》（ The Endocrine
消化生理學中的胃分泌研究
Organs）一書（應該是最早的一本內分泌學專書），並在
在介紹他的研究之前，有必要對當時消化生理學的現況做
書中提出抑素（chalone）一詞，與激素相對，來代表具
一簡介。在諸多生理系統中，消化系統算是相對簡單、也
有抑制性的化學信使。雖然抑素一詞如今已無人使用，但
較容易研究的系統。從 19 世紀末、20 世紀初的幾本生理
與林可勝留名於世卻關係密切。
學教科書中就可看到百年前對消化管腺解剖與功能的了 解，除了分子細節的差異外，其餘與今日幾無差別。
胰泌素發現後三年，英國生理學家埃德金斯（John Sydney
Edkins）以相同方法在胃黏膜中分離出另一種激素，可刺 當時最受矚目的問題，是消化液的分泌控制機制。之前，
激胃液的分泌，取名為胃泌素（gastrin）。但不久有人
以俄國生理學家巴夫洛夫（Ivan Pavlov）為主導的想法，
發現，胃壁細胞分泌的組織胺（histamine）也會刺激胃
認為消化管腺只接受自主神經的控制。然而 1902 年，英
液分泌，因此懷疑胃泌素是否真的存在。由於當時蛋白質
國生理學家貝利斯（William Bayliss）與史達靈（Ernest
化學尚未成熟，想要純化胃泌素都是個問題，更別提確認
Starling）發現，小腸前段在酸性刺激下，會分泌物質進入
其結構與人工合成了。
血液，隨循環來到胰臟，刺激分泌富含鹼性的胰液進入小 腸，中和胃酸，並將此物質取名為胰泌素（secretin）。三
因此，林可勝的胃液分泌研究就大都圍繞著胃泌素打轉；
（本篇插圖來源為 Shutterstock）
他重複並證實埃德金斯的實驗結果，卻也未能分辨胃泌素 與組織胺的關係。1923 年，他離開愛丁堡到美國芝加哥 大學卡爾森（Anton Julius Carlson）的實驗室進修， 在一年內發表四篇論文，延續先前胃液分泌控制的 研究主題。其中三篇與同實驗室的艾維（Andrew
Conway Ivy）共同發表，而艾維正是批評胃泌 素理論的人士之一，因此這三篇系列文章基本 上「完全推翻」埃德金斯的胃泌素理論。
1964 年，胃泌素的結構（由 17 個胺基酸組成的 胜肽）終於被解開，還埃德金斯一個公道，儘管他
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追憶年華 科學月刊
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週年回顧
1970 年代，在美國的臺灣留學生，將對學術知識的渴求，轉化成自身熟悉 的文體撰寫。在一顆顆緊密排列的鑄字背後，轉印成一本本的《科學月刊》， 記錄著當年珍稀的新知。50 年後的今日，印刷技術不再是制式的活版印刷， 更遑論細數這 18000 多個日子裡，科學的容貌也已悄然發生變化……
《科學月刊》 第 12 期封面。
核磁共振的 前世今生與未來 周三和
臺灣師範大學化學學士，臺
（Shutterstock）
大生化碩士及美國西雅圖華盛頓大學 化學博士，發表超過 140 篇研究論 文、評論和書籍。
長期以來，核磁共振被認為是鑑定有機小分子，如中草藥成份 或其它天然物分子結構一個不可或缺的工具。只是利用過去 傳統的一維核磁共振技術，如化學位移及耦合常數等，所能
Take Home Message 核磁共振（nuclear magnetic resonance, NMR）技術的進展為推動現代醫學、神經 科學、結構生物學等領域的重要里程碑。 面對過去核磁共振在生物大分子研究的挑
解析的有機分子結構一般分子量都小於一千道爾頓（Dalton,
Da），大大限制了此技術用於生物大分子結構解析的能力。但 是隨著各種軟硬體的發展，大部份的問題都已獲得解決。而高 解析核磁共振學已被成功運用於生物大分子的結構解析，大幅 度增進核磁共振學在現代科學技術上的應用。
戰，科學家不斷精進軟體與硬體的配置， 以期達到更進一步的功效。而沃斯里希
因此，2002 年諾貝爾獎委員會決定授予瑞士蘇黎世聯邦理工學
（Kurt Wüthrich）的研究，不只讓核磁共
院（ETH Zürich）的沃斯里希諾貝爾化學獎，因為他開發出一
振技術看到過往在結構生物學領域無法企
系列「利用多維核磁共振光譜學研究溶液中生物大分子的三維
及的解析度，更成為此一領域的標竿。
結構」的技術。目前此方法廣泛用於結構生物學，以解析溶液 中生物大分子的空間結構，特別是蛋白質與核酸。
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科學月刊 2019.12
核磁共振的濫觴
ppm（百萬分點濃度）之中時，可想像光譜重疊度的嚴
核 磁 共 振 的 物 理 現 象 首 次 在 1946 年 由 布 洛 赫（Felix
重性。
Bloch）與珀塞爾（Edward Purcell）的研究小組發現， 其原理是基於某些核的磁性，如在生化大分子中代表性
另外一個雪上加霜的缺點為，一個生化大分子的分子量
最強的質子氫（1H）、同位素碳（13C）和氮（15N）原
動 輒 50000 Da 以 上， 質 量 是 500 Da 小 分 子 的 1000
子，當它們被置於一個外加磁場中時，這些原子核除了
倍以上，造成其光譜線半峰全寬（ full width at half
自轉外，亦能沿著磁場軸方向產生公轉，並具有順磁與
maximum, FWHM）大量擴大。所以當兩效應加成以
逆磁二種特性，而產生一定的能量差（順磁原子能量較
後，一般蛋白質分子的核磁共振光譜就顯得極其寬廣無
低，而逆磁原子能量較高）。此種關係有如地球與太陽 之間的引力關係，即地球除了自轉外，亦須沿著太陽公
章，無法偵測出個別原子的吸收位置及頻率，從而造成 利用核磁共振研究生化大分子結構的一大難題。
轉，才能免於地球被太陽的重力吸引而產生碰撞。有趣 的是，當額外加入一外加頻率時（其能量與此原子核在 該外加磁場下的順磁與逆磁能量差相當），這些元素就 會產生共振現象，而順磁原子可吸收此一定能量而變成 逆磁，進而達到順磁與逆磁的原子數目相等。
因此科學家們可利用此一外加能量的頻率，來探測這些
如何克服難題 當然上述的困難可藉著硬體的改善，如增加核磁共振儀 磁場的強度而得到部份解決。當磁場強度增強時，其敏 感度及光譜分辨率都將跟著改善。所以目前核磁共振儀 磁場的強度至少都需 600 百萬赫茲（MHz）〔註二〕 以 上才能用於解析生化大分子的結構解析（圖一、二）。
原子的特徵旋轉頻率。由於原子的共振頻率不僅取決於 磁場的強弱，還取決於它們所在的化學環境的不同，如 化學位移（chemical shift）。此外，分子不同核之間， 如質子的自旋會產生干擾，從而產生可用於解析生化大 分子結構上的重要參數，如化學位移、耦合常數（scalar
coupling constant）及歐佛豪瑟核效應頻譜（nuclear overhauser effect, NOE）〔註一〕，這些參數則是使用 高解析核磁共振技術建立生化大分子結構的基礎。
核磁共振所面臨的難題 利用核磁共振研究生化大分子結構解析面臨一些重大的 挑戰，如生化大分子的原子數目太多造成光譜重疊度太 大，使敏感度（sensitivity）及光譜分辨率（resolution） 不 佳， 所 以 個 別 的 原 子 無 法 被 循 序 判 讀（sequential
assignment）的技術定位。而重疊度太大的原因主要有 兩個，其一為生化大分子的質子數目極多，對一個擁有 約 300 個胺基酸的蛋白質來說，它本身就有將近 1000 個氫質子，而當這些眾多的氫原子的吸收頻率都位於 10
圖一：850 MHz 是臺灣目前磁場強度最高的核磁共振儀，可用於 解析生化大分子結構。（中央研究院高磁場核磁共振中心提供）
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不間斷的研究能量！
日本福井盜龍 重
見
天
日
蔡政修
本刊副總編輯，
任教於臺灣大學生命科學 系、生態學與演化生物學 研究所。
還 記 得 我 第 一 次 到 日 本， 是 2008
僥倖，這一切可以回溯到福井恐龍博
機會持續發展。也令人興奮的是，
年的夏天到福井縣立恐龍博物館參
物館於 2000 年開館的十幾年前就已
1988 年進行野外調查時，真的發現
訪，主要和館內的研究人員一島啓人
經展開的準備工作。
了可能是生活在白堊紀小型肉食類
（Ichishima Hiroto）討論古生物相 關的研究。
恐龍的牙齒化石！
從小牙齒到發現新恐龍 福井縣勝山市北谷地區一帶有著中
雖然當時還沒有 1993 年上映的《侏
福井恐龍博物館長期以來從事相關的
生代白堊紀的地層出露（手取層群
羅 紀 公 園 》（Jurassic Park） 來 推
基礎古生物研究，至今也累積了不少
的北谷層），在 1982 年的時候便有
波助瀾，但在此契機下，福井縣立
令人耳目一新的成果。用一個較簡單
鱷魚化石被發現，清楚地顯示當地
博物館隔（1989）年也 啟 動了為期
的敘述，讓人理解福井恐龍博物館的
有發展脊椎動物化石及其演化相關
五年的福井恐龍化石調查和挖掘計
研究能量，那就是目前他們已經從當
研究的潛力。
畫。有了如此規模的經費、人力支
地挖掘、發現並命名了五種生活在中
持，這五年內確實在福井北谷地區
生代白堊紀（ Cretaceous ）新屬新
然而，鱷魚類群的化石似乎還不夠
種的恐龍。
激勵人心或引起大眾注目。幸好，
能有這樣古生物研究的成績，也不是
累積不少新的發現。
福井縣立博物館於 1984 年成立後，
要能對於那遠古世界有更深入的了
開始聘請研究員，讓在地的研究有
解，長期且持續的投入是不可避免
福井博物館當地發現的新屬新種恐龍
圖一：福井縣立恐龍博物館的一景，北谷福井盜龍就在博物館的門口 歡迎你的光臨。（蔡政修攝影）
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科學月刊 2019.12
2000 年
北谷福井盜龍
2003 年
手取福井龍
2010 年
日本福井巨龍
2015 年
勝山高志龍
2016 年
矛盾福井獵龍
（Fukuiraptor kitadaniensis） （Fukuisaurus tetoriensis） （Fukuititan nipponensis） （Koshisaurus katsuyama） （Fukuivenator paradoxus）
陶冶生活 圖 二： 東 洋 一 和 柯 里 發 表 於 2000 年 的 論 文 中 命名的新屬新種恐龍、北谷福井盜 龍的全身復原圖。（復元画：月本佳代美）
的，從 1842 年歐文（ Richard
Owen） 建 立、 命 名 恐 龍 這 一個分類群（正式分類名稱
Dinosauria），即使到現在， 世界各地的政府、企業仍是 不斷地注入資源、培養古生 物研究人員。從這裡大概就可以 體會想要更完整理解腳底下所隱藏 的生命史，是真的需要長期奮戰。
也就是這樣的思維，第一次的五年恐 龍挖掘計畫結束後，福井縣立博物館 在 1995 年再度執行了第二次的五年 計畫。幾乎是同個時間點，福井縣 也看到當地發展更深入、更長期研 究恐龍化石、演化的可能性，因此， 在 1996 年設置「恐龍博物館」準備 委員會。
專屬福井恐龍的博物館
經 歷 嚴 謹 的 審 查 工 作， 由 東 洋 一
興趣，但又為無法前往日本一睹其
（ Azuma Yoichi）和柯里（Philip
風采而感到扼腕，正好即將開展的
J. Currie）所主筆、命名的新屬新種
「超．大恐龍展」帶來了福井恐龍博
的恐龍：北谷福井盜龍（Fukuiraptor
物館的收藏，讓你不用出國就看得
kitadaniensis），也與福井恐龍博物
到。有別於之前在臺灣所策劃的「制
館一起在 2000 年和世人見面。
式」恐龍展，這次的展覽是從其發展 歷程到現今的研究成果，呈現福井恐
古生物學相關的研究，對於日本的研
龍博物館扎實的研究能量，期望讓參
究人員也不陌生，因為自從 19 世紀
訪民眾更能體會到恐龍或古生物研究
的明治維新開始，日本就已經建立了
的樂趣和重要性。
嚴謹、有系統性的古生物研究。福井 恐龍博物館於 2000 年正式成立、開
除了了解福井恐龍博物館的發展史或
館前兩次五年恐龍探索計劃的大量經
參觀其設計的展覽之外，或許也可以
費投入，讓這沉睡了超過一億年的福
回過頭來思考每天踩在臺灣這塊土地
井的遠古盜賊（北谷福井盜龍）得以
上，到底有哪些未知的物種、哪些古
重新出土。
生物研究的可能性等著人們去探索。 畢竟，全球各地的恐龍研究熱潮，已
福井盜龍的出現，當然不會是研究的
經藉由扎實的研究成果清楚說明：所
終點，反而是開啟一道通往遠古的大
有的現生鳥類都是恐龍！代表著臺灣
門。福井恐龍博物館持續投入研究經
不只有恐龍，也意味著我們的腳底
費、讓古生物學家們能專心的走回遠
下，有許多目前仍在沉睡的新生代恐
古世界、喚醒沉睡在人們腳下的恐龍
龍化石，等著被挖掘和發現！
和其他生物。從 2000 年的北谷福井 盜龍開始了一連串的發現，到最近
最後，原先小巧可愛的臺南菜寮化石
從恐龍演化歷程的時間軸來衡量，
（2016 年）的矛盾福井獵龍，目前
館也在今（2019）年重新開幕，擴
轉眼間福井恐龍博物館的建築物在
總共累計五種新屬新種的白堊紀恐龍
建成有相當規模的左鎮化石園區。藉
2000 年 6 月完工，「福井恐龍博物
們，或許都能算是福井恐龍博物館的
由福井恐龍博物館的經驗，或許能讓
館」也就正式在完工後一個月、7 月
鎮館之寶。
更多人體會到投入研究經費、從基礎
14 日正式開館。
研究所引領出的博物館及展覽，真的
福井恐龍來到臺灣 在這看似風光、盛大的恐龍博物館
能讓在地研究走向國際化。
讀到這裡，若有讀者對這些恐龍深感
開館之際，先前的準備工作，如已 經進行兩次的恐龍探索、挖掘計畫 成 果， 也 仍 持 續 默 默 地 在 幕 後 推 進。事實上，在預計開館的前一年 （1999），第一種於福井北谷地區
「超．大恐龍展」展覽資訊 展覽日期│ 2019 年 12 月 28 日 ~2020 年 03 月 19 日 展覽地點│華山 1914 文化創意產業園區西 1、西 2 館
所發現，先前未知的、全新的恐龍
展覽時間│ 10:00~17:30（17:00 最後入場）
物種，已完成扎實的研究，並將研
主辦單位│聯合數位文創、讀賣新聞、華山文創園區
究成果送至古生物研究期刊《加拿
協辦單位│福井縣立恐龍博物館、
大地球科學》（Canadian Journal
福井縣立大學恐龍學研究所
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of Earth Sciences）進行審查。
SCIENCE MONTHLY Vol.50 No. 12
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卻也陷入開發與環境生態的兩難……
然而，在推進發展的背後，
也是臺灣積極推動的再生能源之一。
離岸風力發電，是一項近年來全球高度關注的海上建設，
尋找 海上能源
科學月刊 601期 精采預告